10. НЕКОТОРЫЕ СЛЕДСТВИЯ СТРАННОСТИ

Концепция странности, сохраняющейся в сильных взаимодействиях, привела к большому количеству предсказаний, ни одно из которых не было опровергнуто опытным путем. Она оказалась также вполне безотказным подспорьем при упорядочивании экспериментального материала. Так, например, было предсказано, что при образовании или в ядерных соударениях должны возникать также или . Реакции вида невозможны, поскольку полная странность двух , а у нейтронов она равна 0.

С другой стороны, -мезон, налетающий на ядро, может родить , а не может.

Распад нейтрального каона.

Одно из наиболее блестящих предсказаний теории со странностью было сделано Пайсом и Гелл-Манном. Оно связано с тем обстоятельством, что должны существовать две нейтральные -частицы с противоположной странностью: и ее античастица . Как оказалось, может распадаться на два пиона. В частности, был найден распад

с временем жизни сек. В этом распаде, разумеется, нарушается странность, как это и происходит в слабых взаимодействиях, С той же вероятностью античастица должна распадаться на соответствующие античастицы

Как видно, продукты распадов (9-3) и (10-1) идентичны. Следствием этого обстоятельства является очень любопытный эффект квантовомеханической интерференции. Существование распада (9-3) (протекающего, вероятно, через ряд сложных виртуальных процессов) означает, что имеется некоторая амплитуда, скажем , того, что превратится в :

(10-2)

Благодаря симметрии между частицами и античастицами амплитуда для античастицы должна быть такой же:

(10-3)

(Строго говоря, она может иметь противоположный знак, но обе возможности ведут к одинаковому результату.)

Теперь предположим, что мы получили частицу в состоянии, не совпадающем ни с , ни с , но описываемом амплитудой, состоящей из разности амплитуд для и

(Мы назвали это состояние и ввели множители из соображений нормировки: вероятность (квадрат амплитуды) для нового состояния быть -мезоном равна и быть -мезоном тоже равна ). Частица, соответствующая состоянию , не должна теперь распадаться на и так как амплитуда такого события на основании (10-2) и (10-3) равна

Состояние

может, разумеется, распадаться на и с амплитудой .

Таким образом, собственные состояния для описания распадов — это как раз и , поскольку первое может, а второе не может распадаться на два пиона. Эти два состояния должны иметь совершенно различные времена жизни и продукты распада. (Оказывается, в частности, что может распадаться на три живет примерно в 100 раз дольше, чем , распадающийся на два пиона.) Но когда каон рождается, скажем вместе с , то он имеет определенную странность — 1 и не является ни , ни а

Соотношение (10-6) является следствием (10-4) и (10-5).

Итак, -мезон с вероятностью находится в одном из собственных распадных состояний или . Поэтому, когда вновь рожденные каоны распадаются, то только половина из них имеет время жизни сек и превращается в два пиона. Остальные должны иметь заметно большее время жизни, сек, и распадаться на три частицы. Таким образом, было сделано замечательное предсказание о том, что нейтральный каон должен проявлять два различных времени жизни с двумя различными наборами продуктов распада. Это было подтверждено на опыте. И еще одна черта была проверена экспериментально. Поскольку имеет странность , он не может рождать в столкновениях с ядрами. Однако, если отойти достаточно далеко вдоль пучка от источника -частиц, туда, где уже почти полностью распались (и где, однако, число еще не уменьшилось заметным образом), то пучок должен почти полностью состоять из . Здесь согласно (10-4) странность уже не определена и имеется амплитуда , а следовательно, и вероятность частицам быть в состоянии со странностью . Теперь -частицы могут быть рождены при соударении пучка каонов с ядрами. Такое рождение было зарегистрировано экспериментально.

Может возникнуть вопрос: каким же образом странность изменила свое значение от до вдоль движенияпучка? Ответ следует из виртуального процесса (10-2), за которым идет процесс, обратный (10-3).

Хотя странность нарушается очень слабым образом и амплитуда мала, однако равенство масс и -частиц приводит к резонансному усилению, вследствии чего даже малая амплитуда, постепенно нарастая, дает большой эффект.

Мы описали сейчас одно из величайших достижений теоретической физики. Оно не основано на элегантных математических трюках, подобных общей теории относительности, тем не менее полученные предсказания так же важны, как, например, предсказание позитрона. Особенно интересным является тот факт, что мы довели принцип суперпозиции до логического конца. Бом и его сотрудники полагали, что принципы квантовой механики не имеют фундаментального характера и в конечном счете не смогут объяснить новые явления. Однако эти принципы работают. Это еще не доказывает, что они верны, но я готов биться об заклад, что принцип суперпозиции будет стоять в веках!